[发明专利]层状氧化物阴极组合物的合成方法

说明书

背景

锂离子电池由三种组件组成：阳极、阴极和允许Li离子从阳极流向阴极(放电)或反之(充电)的电解质。存在许多已知的阴极材料，包括例如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiFePO₄、Li₂FePO₄F、Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂和Li(Li_aNi_xCo_yMn_z)O₂。

尽管这些阴极材料是熟知的，这些阴极的合成可能是昂贵且耗费时间的。例如，层状氧化物阴极材料如其中碳酸锂为Li来源的Li(Li_aNi_xCo_yMn_z)O₂的合成要求在箱式炉(box type furnace)、推板式隧道窑(pusher type tunnel kiln)或辊道窑(roller hearth kiln,RHK)中在陶瓷烧箱中在大于700℃下煅烧20-30小时。在某些情况下，这些材料可能要求双程煅烧，其中在第一与第二煅烧之间要求研磨步骤以确保原料的完全反应和良好的产物均匀性。

鉴于与生产层状氧化物阴极的长煅烧时间有关的伴随成本，理想的是开发在较低温度下操作、要求较少的煅烧时间或二者的方法。

概述

本公开内容提供合成用于二次Li离子电池中的层状氧化物阴极组合物的方法。该方法包括两个步骤：a)将“生(green)”混合物在旋转煅烧炉中在至多约750℃的温度下预煅烧；和b)将预煅烧材料在至少约750℃的温度下高温煅烧。

一个实施方案包括制备层状氧化物阴极组合物的方法，所述方法包括：将锂来源和混合金属前体在第一旋转煅烧炉中预煅烧以形成预煅烧材料；和使所述预煅烧材料在第二旋转煅烧炉中在至少约750℃的温度下经受高温煅烧。在一个实施方案中，锂来源选自碳酸锂、氢氧化锂、氧化锂、氯化锂、硝酸锂、硫酸锂、碳酸氢锂、乙酸锂、氟化锂、溴化锂、碘化锂和过氧化锂。在一个实施方案中，混合金属前体选自混合金属氢氧化物、金属碱式氢氧化物(oxy-hydroxide)、金属碳酸盐和金属碱式碳酸盐(hydroxyl-carbonate)。在一个实施方案中，第一和第二旋转煅烧炉各自单独具有至少两个区。在一个实施方案中，预煅烧步骤和高温煅烧步骤各自单独进行小于12小时。在一个实施方案中，预煅烧步骤和高温煅烧步骤各自单独进行小于6小时。在一个实施方案中，预煅烧步骤和高温煅烧步骤各自单独进行小于2小时。在一个实施方案中，所述区的所述每一个具有与各个其它区相同或不同的温度。在一个实施方案中，混合金属前体包含Ni_xMn_yCo_zAl_w的比的镍锰钴和铝，其中x+y+z+w≤1，且0≤x<1，0≤y<1，0≤z<1且0≤w<0.2。在一个实施方案中，高温煅烧包括：将所述预煅烧材料经第一时段加热至至少约750℃的温度；和保持所述温度第二时段。在一个实施方案中，温度为至少约900℃。在一个实施方案中，第一时段为约1小时或更小，且所述第二时段为约3小时或更小。在一个实施方案中，第一和第二旋转煅烧炉各自单独包含金属管或陶瓷管。在一个实施方案中，预煅烧和高温煅烧步骤具有约15小时或更小的聚集持续时间。